65、数字人体建模与虚拟维护训练系统控制逻辑设计

数字人体建模与虚拟维护训练系统控制逻辑设计

1. 数字人体建模用于性能评估

1.1 拓扑模型的有向无环图（DAG）方法

拓扑模型由两个基本组件构成：链路（link）和关节（joint）。一个典型的拓扑模型可重新排列成有向无环图（DAG）。DAG 的根节点“L0”是在绝对惯性世界参考系中预先定义的静止不动的地面点，而叶节点则是人体与物体及环境交互的末端。该模型可分解为多个分支，每个分支可在耦合的正向 - 逆向动力学模型支持下，从根节点到叶节点依次进行分析。

1.2 生物力学模型的时变因素

为描述人体状态随时间的变化，为生物力学模型定义了一组时变因素。根据希尔力 - 速度方程，关节处肌肉力量的通用公式为：
[T(v) = \frac{bT_{max} - av}{v + b}]
其中，(T(v)) 是一块肌肉或一组肌肉产生的张力，(v) 是收缩速度，(T_{max}) 是最大张力，(a) 和 (b) 是通过实验或实践得到的常数。当考虑船上任务持续时间时，新公式变为：
[\tilde{T}(v, t_{mission}) = \frac{bT_{max} - av}{v + b} \cdot pq^{t_{mission}}]
其中，(\tilde{T}(v, t_{mission})) 是考虑肌肉退化后的改进张力，(t_{mission}) 是船上任务持续的时间，(p) 和 (q) 是通过实验或实践得到的常数，且 (0 < p < 1)。

1.3 人体性能评估

人体性能可通过模拟实验的不同结果进行衡量，本文选取了三种测量指标：
|测量指标|定义|